Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 176. Спектральный анализ по спектрам испускания
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 176. Спектральный анализ по спектрам испускания. Каж-
дый атом испускает свои определенные спектральные линии, составляющие его спектр. Различные атомы имеют иногда от- дельные с л у ч а й н о совпадающие линии, но спектр атома в целом вполне характерен для этого атома. Поэтому появление совокупности спектральных линий, принадлежащих какому-ни- будь атому, является верным признаком того, что данный эле- мент находится среди светящихся паров источника. Это важное правило было установлено немецкими физиком Густавом Кирх- гофом (1824–1887) и химиком Робертом Бунзеном (1811–1899) в 1859 г. и послужило основанием для создания спектрального метода химического анализа. При его помощи можно открывать присутствие интересующего нас элемента даже в том случае, когда количество этого элемента очень мало. Примесь вещества, масса которого составляет 10 − 7 –10 − 8 г, может быть надежно установлена; в некоторых особо благоприятных случаях обнару- живаются и вещества, масса которых не превышает 10 − 10 г. Кирхгоф и Бунзен сделали при помощи своего метода несколько важных открытий. Исследуя спектр пара смеси со- единений щелочных металлов (лития, натрия и калия), они 1 ) Кроме приведенных выше трех серий, в спектре водорода обнаружены еще три серии: серия Брэкета (n = 4), серия Пфунда (n = 5) и серия Хамфри (n = 6).
414 Гл. XX. Спектры и спектральные закономерности обнаружили, что, кроме линий, принадлежащих известным ме- таллам, имеется налицо ряд новых линий. Ими было высказано предположение, что в смеси присутствуют новые, еще не извест- ные химикам элементы. Действительно, путем соответствующей обработки удалось выделить два новых элемента, которые по- лучили названия рубидий и цезий. Впоследствии при помощи спектрального анализа было открыто еще несколько неизвестных элементов (таллий, индий, галлий). Интересно отметить, что элемент, получивший название галлий, был предсказан Д. И. Менделеевым под названием экаалюминий. Мен- делеев описал предполагаемые свойства элемента и указал, что его следует искать с помощью спектрального анализа. Ниже предсказания Менделеева сопоставлены с описанием, данным Буабодраном, открыв- шим и исследовавшим этот новый элемент 1 ). Свойства экаалюминия (Еа), предсказанные Менделеевым Свойства галлия (Ga), опи- санные Буабодраном 1. Атомный вес — около 68. 1. Атомный вес — 69,9 2 ).
5,9; низкая точка плавления; не летучий, не окисляется на воздухе; будет разлагать пары воды при температуре красно- го каления; будет растворяться в кислотах и щелочах. 2. М е т а л л с удельным весом 5,94; точка плавления 30,15 ◦ ;
ратуре, не изменяется на воз- духе; действие на пары во- ды неизвестно; слабо раство- рим в кислотах и щелочах. 3. Ок и с е л: формула
Еа 2 O 3 , удельный вес 5,5; будет рас- творяться в кислотах, образуя соль типа ЕаХ 3 . Гидроокись будет растворяться в кислотах и щелочах. 3. Ок и с е л: Ga 2 O 3 , удельный вес неизвестен; растворим в кислотах, образует соли
типа GaХ
3 . Гидроокись растворяряется в кислотах и щелочах.
4. С о л и: будут иметь тенденцию образовывать основные соли; сульфаты будут образовывать квасцы; сульфиды будут оса- ждаться под действием N 2 S или (NH 4 ) 2 S. Безводный хло- рид будет более летуч, чем хлорид цинка. 4. С о л и: легко гидролизируются и дают основные соли; квас- цы неизвестны; сульфид оса- ждается под действием N 2 S
4 ) 2 S при специальных условиях; безводный хлорид более летуч, чем хлорид цинка. 5. Элемент будет, вероятно, от- крыт с помощью спектрального анализа.
5. Галлий был открыт с помощью спектроскопа. 1 ) Мы сохранили терминологию оригинальных статей. В настоящее время вместо атомного веса следует говорить об относительной атомной массе A r , а вместо удельного веса — о плотности ρ. 2 ) По современным уточненным данным A r = 69,72, ρ = 5,904 г/см 3 .
Гл. XX. Спектры и спектральные закономерности 415
В 1895 г. в спектре Солнца были установлены новые линии, которые были приписаны новому газу, получившему название гелий 1 ). Некоторое время спустя на Земле был обнаружен в чистом виде газ, спектр которого оказался тождественным со спектром гипотетического гелия. Таким образом, догадка о наличии в со- ставе Солнца нового элемента была подтверждена. Пример с гелием не только очень поучителен, но он одновре- менно показывает, какое значение спектральный анализ имеет для решения вопроса о составе небесных тел, недоступных пря- мому химическому исследованию. В настоящее время благодаря спектральному анализу мы имеем довольно полные сведения о составе Вселенной и установили, что она построена из тех же элементов, которые имеются и на Земле. Данные, полученные на космических кораблях и спутниках, подтверждают и дополняют наши сведения о составе Луны и планет. По существованию в спектре определенных спектральных ли- ний можно с несомненностью судить о присутствии какого-либо элемента в изучаемой смеси, т. е. делать качественный анализ. Наблюдение же над и н т е н с и в н о с т ь ю соответствующей спектральной линии позволяет судить и о к о л и ч е с т в е дан- ного элемента в пробе. Эта задача гораздо более сложная потому, что хотя интенсивность спектральных линий возрастает вместе с концентрацией данного элемента, однако связь между интен- сивностью и концентрацией не проста. Существует много при- чин, могущих влиять на интенсивность линии при неизменной концентрации. Поэтому лишь сравнительно недавно удалось раз- работать методы исследования, которые позволяют определять при помощи спектрального анализа к о н ц е н т р а ц и ю инте- ресующего нас элемента, т. е. производить и количественный
Практическое значение этих методов очень велико, ибо они позволяют выполнять быстрые анализы состава сложных спла- вов, играющих огромную роль в современной технике. Многие сплавы (например, различные сорта стали) по внешнему виду не отличимы друг от друга, но наблюдение их спектров позволяет определить их состав. Так как изготовление той или иной от- ветственной части машины из неподходящего сорта стали ведет к браку и аварии, то ошибка в выборе материала крайне опасна. Поэтому на заводах СССР сталь, прежде чем направлять ее 1 ) Гелий — от греческого слова гелиос — Солнце. 416 Гл. XX. Спектры и спектральные закономерности в производство, подвергают быстрому спектральному анализу, занимающему около 1 мин. Метод экспрессного спектрального анализа металлов был разработан под руководством академика Г. С. Ландсберга (1890–1957) в конце 30-х годов. Аналогично при помощи спектрального анализа производится определение состава руд и минералов, что позволяет ускорить и упростить разведку ценных ископаемых и решить ряд других практических задач.
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|